[實用新型]一種四軸無人機電池自動更換系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721248405.2
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN207281497U
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉芷寧;李星乾;王志昊;劉冀;劉浩然;于繁華;耿慶田;李清亮;趙浩宇;趙宏偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 李榮武

技術領域

本實用新型涉及一種四軸無人機電池自動更換系統(tǒng)。

背景技術

現有的民用、商用小型無人機多為四軸多旋翼無人機，該型無人機電池續(xù)航時間較弱，多在20-40分鐘之間。對于此種四軸無人機，已有建設小型無人機充電基站的構想，但其充電方法主要關注于無線充電，受當前無線充電技術效率的限制，采用該種及類似技術進行自動充電的效率并不理想(多于1.5小時)。此外有采用機械臂進行更換電池的地面裝置，由于機械臂的定位及抓取過程繁瑣導致更換電池過程需近60秒，且機械臂在戶外條件下的機械可靠性不佳。

發(fā)明內容

本實用新型要解決的技術問題是：對于民用、商用小型四旋翼無人機的自動充電或自動更換電池過程，無線充電方法的充電效率較低導致其長時間只能為一臺無人機提供服務，而現有的利用機械臂進行電池更換作業(yè)的系統(tǒng)，更滑所需時間較長，且機械臂的可靠性以及擴展性不佳。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：本實用新型涉及一種四軸無人機電池自動更換系統(tǒng)，包括嵌入式控制器、改進的電池插槽與接駁機構，控制器經由光電譯碼器獲取轉動角度信息，以實現對伺服步進電機轉動角度的感知。改進的電池插槽與接駁機構在保證電池能夠安裝固定的前提下，簡化了取下以及安裝電池的步驟，使得實現快速、簡便更換電池成為可能。進一步地，地面更換電池裝置的控制器可由ssh協(xié)議與ROS系統(tǒng)與工作站遠程連接并接受控制。

進一步地，控制器經由光電編碼器與譯碼器獲取轉動角度信息，以實現對伺服步進電機轉動角度的精準控制，保證新的電池能夠準確地嵌入無人機電池母槽。

進一步地，本系統(tǒng)中的地面站具有五個獨立電池插槽，可同時貯備四塊冗余電池，為連續(xù)五架無人機進行服務。

本實用新型的有益效果是，實現了本實用新型所描述系統(tǒng)的地面裝置在實際更換電池的過程中，將整個電池更換過程耗費的時間壓縮至15秒以內，相較于傳統(tǒng)的機械臂方式極大地加速了更換/充電過程，且擁有更高的機械可靠性與全天候工作的能力。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)結構示意圖。

圖2是本實用新型地面裝置的電池安放方式示意圖。

具體實施方式

現在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。

如圖1所示的一種四軸無人機電池自動更換系統(tǒng)結構圖，其包括本系統(tǒng)地面裝置與地面裝置同無人機的交互。地面裝置使用一塊Arduino板作為控制板，地面站控制程序在其上運行，負責控制電池更換過程中的各部件動作。

采集電池槽架轉動角度信息的任務由裝置內載的光電編碼器執(zhí)行，以反饋給控制程序當前角度信息，決定繼續(xù)轉動或到位停止。

電機驅動器與步進電機由齒輪連接至電池存放滾輪的中軸，以驅動滾輪繞其中心轉動。

限位開關可在滾輪轉動到位后，限制其由于外力影響的錯誤轉動，防止電池在無人機電池槽安裝不到位或產生松動。

如圖2所示的是本實用新型地面裝置的電池安放方式示意圖，中心位置附有5個電池槽位的圓形裝置即為上述滾輪的剖面。在更換電池時，無人機水平停放至該示意圖的垂直最上方，依靠電機驅動滾輪轉動，將新的電池裝載至無人機上。

以上述依據本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。